[发明专利]一种电气装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电气装置尤其是用于数字电信应用的装置，还涉及电气装置的组件。

背景技术

电路保护装置已经众所周知。那些对于一些应用例如保护电信电路特别有用的电路保护装置具有正温度系数(PTC)的电阻特性，也就是说，电阻在特定温度即转换温度T_s下从低电阻、低温度的状态反常地增加到高电阻、高温度的状态。在正常的操作条件下，与电路中的负载串联设置的电路保护装置具有相对较低的电阻和较低的温度。然而，如果由于电路上的电流过载或由于会引起装置内产生过热的情况而发生了故障，该装置就会发生“跳闸”，即转换到高电阻、高温度的状态。结果，电路中的电流显著地降低，其它的部件得到保护。当故障状态和电力去除后，该装置重新复位，即回到其低电阻、低温度的状态。故障状态可能是由电路短路、在电路中引入附加电源、电力骤增或外部热源引起的装置过热以及其它一些原因的结果。在装置包括导电聚合物组合物时，在跳闸的过程中装置会由于聚合物熔化而膨胀。

用于保护电信电路和设备的装置具有特殊的要求。例如，当带有高压(例如250到600伏)的电力线即电缆接触到电话线时产生了故障状态，装置应跳闸，这一点很重要。这些故障状态通常称为“电力交叉(power cross)”。在“Underwriter’s实验室标准1950年第三版中介绍了能够提供这种保护的装置的普遍采用的测试。在这个测试中，装置承受包括了600伏交流电压(VAC)和40A电流(短路电路)状态的电循环，而且此装置与布线模拟器(wiring simulator)串联。在这种测试条件下，由于功率级很高，装置有可能在从一个电极到另外一个电极的边缘处产生电弧或跳火。同时，此装置急剧膨胀以便吸收与故障状态相关的能量。

对于某些应用例如用于电话网络电路的设备来说，用于这些设备中的部件必须符合额外的要求。例如，通常需要此装置满足在电磁兼容性和电气安全规范Bellcore GR-1089所提出的应用性测试。Bellcore GR-1089的一个方面是部件必须在暴露在瞬时高电压、高电流下，即暴露在模拟雷击下之后仍然有效。

由于对数字信号形式的大量数据的高速传输的需求的增加，电话系统急剧扩展。用于数字电信电路的装置面临着与那些模拟和话音系统的传统要求所不同的要求。目前，电阻超过20欧姆的PTC装置广泛用于各种电信系统中。例如，在电信应用中采用了RaychemPolySwitch^TM TR600-150装置，其安装电阻高达22欧姆(参见1998年10月的Raychem电路保护数据手册)。然而对于数字电路来说，装置的电阻必须低于20欧姆，以便减小电路中的信号损失和信号失真。一种典型的应用涉及在电信电路的前端部分采用一个PTC装置，而在环路部分中采用第二PTC装置。这两个装置的相对电阻必须保持稳定，以达到最佳的信噪比。装置的电容必须低到允许传输数字信息流的高带宽信号而无失真。数字装置的小型化要求减小部件的尺寸，尤其是它们的“基底面积”(即它们在电路板上所占的空间)和相对板的高度(例如，从装置顶部到板的距离，包括任何存在的绝缘层)，这样，电路板就可以较高密度地安装在设备中。除了这些尺寸、电阻和电容的要求以外，装置还必须通过上述的适当测试，例如在UL1950中规定的电力交叉测试要求和在Bellcore 1089中提出的雷涌要求。

已经知道可以使用电绝缘涂层或外壳来包围电路保护装置和其它电路部件。例如可参见美国专利No.4223177(Nakamura)，No.4315237(Middleman等)，No.4481498(McTavish等)，No.4873507(Antonas)，和No.5210517(Abe)。这些涂层提供了电绝缘和机械保护，并且对于装置暴露在可能发生从一个电极到另外一个电极的电弧的高压状态下中的使用来说特别重要。然而，某些传统的涂层如环氧树脂会限制PTC元件的膨胀，导致装置发生故障。其它传统的柔性或顺应性的涂层会因跳闸过程中的膨胀而发生破裂或从装置上脱落，留下装置的边缘暴露出来并进一步承受电弧。另外，对于表面可安装的装置来说，涂层必须保持完好并保持其功能，以阻止在安装到板上后产生从一个电极到另外一个电极的电弧，安装通常涉及到回流焊操作，在操作中焊料被加热到其熔点温度以上。